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等離子體致動(dòng)器對(duì)超音速彈丸的制導(dǎo)
（論文部分內(nèi)容摘抄）
飛行器軌跡的改變是由于作用于機(jī)體表面的壓力失衡而得以實(shí)現(xiàn)的這種壓力不平衡可能通過地面部署或使用沿車輛合理分布的一個(gè)或多個(gè)煙火裝置而產(chǎn)生。使用表面擴(kuò)張技術(shù)的主要缺點(diǎn)是，為了克服在高速速度下遇到的非常高的壓力，需要用很大的力來部署表面。因此，使用煙火機(jī)構(gòu)對(duì)高速車輛更合適，但當(dāng)必須給高速車輛一個(gè)攻擊角度時(shí)，煙火機(jī)構(gòu)只能工作一次，產(chǎn)生一切或一無所有，這是一個(gè)主要的缺點(diǎn)。
在高速彈丸的情況下，沖擊波發(fā)生在前端或前端，這取決于前端的幾何形狀。當(dāng)彈丸在沒有任何攻擊角度的情況下飛行時(shí)，其表面上分布的壓力相互平衡。對(duì)于一個(gè)同錐形頭部的彈丸，沖擊波附著在鏈尖上，沖擊波本身也是回錐形的。所提出的概念包括通過在彈頭前列產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)等離子體放電來產(chǎn)生彈頭周圍流變量的不平衡，以給彈頭一個(gè)攻擊角度。在有限扁區(qū)上產(chǎn)生的等離子體放電改變了彈丸及其邊界層周圍的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：
利用CFX-10'編碼對(duì)等離子體放電與彈道交叉流的相互作用進(jìn)行了數(shù)值擬。流體求解器基于雷諾平均納維-斯托克斯方程，并為可壓縮、瞬態(tài)、湍流的單相流體流動(dòng)提供解。對(duì)于本文提出的計(jì)算，SST湍流雙方程模型被用來提供動(dòng)量和能量的湍流傳輸與平均流變量和流體特性之間的聯(lián)系。在空間上使用一階離散化方案和在時(shí)間上使用二階。
對(duì)無攻角的20 mm口徑彈丸進(jìn)行了數(shù)值研究電極的位置與實(shí)驗(yàn)確定的位置相同。所研究的結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱面，因此對(duì)半個(gè)計(jì)算域進(jìn)行了數(shù)值研究計(jì)算只考慮了繞流，沒有對(duì)彈丸尾流進(jìn)行網(wǎng)格化處理。采用塊結(jié)構(gòu)的非正交網(wǎng)格對(duì)區(qū)域進(jìn)行離散化。
用（廣州市元奧儀器有限公司的pco.dicam型號(hào)）高速相機(jī)記錄干涉圖，曝光時(shí)間為0.2us。為其中存儲(chǔ)在電容器中的能量的配置拍攝了一系列照片。在風(fēng)洞條件下產(chǎn)生的等離子體放電在M=3沒有任何攻角。電極間距為3.5mm。圖4顯示了在等離子體放電(t=0)之前和開始后的3個(gè)瞬間所拍攝的照片等離子體放電，直到它在250微秒處熄滅?？梢暬Y(jié)果表明，等離子體放電的產(chǎn)生在彈丸表面和附著在錐形彈丸前列的沖擊波之間產(chǎn)生擾動(dòng)。擾動(dòng)在一定的時(shí)間內(nèi)保持，并足以扭曲附體激波。正如預(yù)期的那樣，彈頭上側(cè)的擾動(dòng)比下側(cè)的擾動(dòng)力強(qiáng)，導(dǎo)致流場(chǎng)不平衡。在激波隧道設(shè)施中進(jìn)行了更多的實(shí)驗(yàn)，以證明在實(shí)際條件下超音速彈丸前列的等離子體放電的可行性。等離子體放電進(jìn)行了
如圖顯示了在等離子體放電(t=0)之前和等離子放電開始后5秒鐘內(nèi)拍攝的可視化再次證明，等離照片。電容器中儲(chǔ)存的能量為50J。電極距離為9.5mm。子體放電的產(chǎn)生在彈丸表面和附在錐形彈丸前列的沖擊波之間產(chǎn)生擾動(dòng)。由于曝光時(shí)間短，除了流動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)外，還可以看到小的結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)開發(fā)出嵌入在彈丸模型中的等離子體致動(dòng)器裝置，以便在彈丸前列產(chǎn)生等離子放電。利用ISL風(fēng)洞設(shè)施研究了錐形彈丸前列產(chǎn)生的等離子體放電與馬赫數(shù)為3的橫流的相互作用。通過使用位于差分干涉儀后面的CCD攝像機(jī)獲得的流場(chǎng)可視化允許驗(yàn)證數(shù)值模擬，其中等離子體放電以非常簡單的方式建模，這似乎足以作為一種方法。
這項(xiàng)研究將繼續(xù)在風(fēng)洞和激波管設(shè)施中進(jìn)行，并計(jì)劃在明年進(jìn)行自由飛行試驗(yàn)。這種類型的等離子體致動(dòng)器可以嵌入射彈表面的任何位置或其其他部分，特別是在魚鰭、魚等處。這個(gè)概念也可以應(yīng)用到其他亞音速、超音速或高超音速飛行器如導(dǎo)彈、無人機(jī)、接駁小艇、助波器等。然而，每個(gè)應(yīng)用程序都需要一個(gè)優(yōu)化階段，這是一項(xiàng)長期的工作。這是因?yàn)?，所產(chǎn)生的氣動(dòng)力和力矩是馬赫數(shù)、攻擊角、致動(dòng)器數(shù)、傳遞的能量和電壓、致動(dòng)器的定位電極距離等的函數(shù)。
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